KR101264535B1 - 광전지의 텍스쳐화 방법 - Google Patents
광전지의 텍스쳐화 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101264535B1 KR101264535B1 KR1020110071072A KR20110071072A KR101264535B1 KR 101264535 B1 KR101264535 B1 KR 101264535B1 KR 1020110071072 A KR1020110071072 A KR 1020110071072A KR 20110071072 A KR20110071072 A KR 20110071072A KR 101264535 B1 KR101264535 B1 KR 101264535B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- mold
- photovoltaic
- resist layer
- etching
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 105
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 101
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 100
- 239000000463 material Substances 0.000 description 86
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 238000000054 nanosphere lithography Methods 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
광전지의 텍스쳐화 방법이 개시되어 있다. 광전지의 텍스쳐화 방법은 광전지 기판을 마련하는 것; 광전지 기판의 표면을 텍스쳐라이징(texturizing)하는 것을 포함한다. 텍스쳐화는 광전지 기판의 표면의 일부를 노출시키는 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 공정을 구현한다. 광전지 기판의 표면의 노출된 부분에 대해 에칭 공정이 실시된다.
Description
본 개시물은 일반적으로 광전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광전지 제조에 관한 것이다.
광전지(태양 전지라고도 함)를 제조하는 데에는 텍스쳐화(texturization)가 이용된다. 광전지에서, 텍스쳐화는 기판(웨이퍼)의 텍스쳐화된 표면을 형성하는 것과 관련된다. 텍스쳐화는 그 표면에 입사되는 광의 반사를 감소시켜 광전지 내부로의 광의 흡수를 보다 크게 할 수 있으며, 표면의 반사능(reflecting power) 또는 광반사율을 감소시켜 입사광 손실을 줄일 수 있고, 입사광이 이동하는 광로의 길이를 증가시킬 수 있다. 광전지에서, 이들 특징은 광을 전기로 변환하는 광학적 변환 효율이 증가되도록 한다.
현재의 텍스쳐화 방법은 무작위적이고 제어 불가능한 텍스쳐화된 표면을 형성한다. 이는 불균일한 광로 길이를 초래할 수 있고, 이에 따라 예측 불가능한 반사를 초래할 수 있다. 하나의 텍스쳐화 방법은 습식 에칭이다. 습식 에칭이 넓은 표면 텍스쳐화를 제공하기는 하지만, 그 무작위적인 분포가 설계 가능한 표면 텍스쳐화를 방해한다. 습식 에칭은 또한, 에칭율과 균일성에 영향을 주고, 궁극적으로는 표면 구조와 조도(粗度)에 영향을 주는 것으로 관찰된 표면 오염 또는 도핑종에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있다. 다른 텍스쳐화 방법은 건식 에칭, 예컨대 플라즈마 에칭[랜덤 플라즈마 에칭 및 (나노구체 리소그래피법과 같은) 미세 분산 플라즈마 에칭을 포함함]이다. 플라즈마 에칭이 보다 균일한 표면 텍스쳐화(보다 양호한 반사 방지 특성 및 제어 가능한 종횡비)를 제공하기는 하지만, 포토리소그래피법이 요구되며, 이는 제조비를 증가시키고 처리량을 줄인다. 예컨대, 나노구체 리소그래피는 기판 위에 나노구체 재료를 형성하는 것, 나노구체 재료를 소망하는 형상 및 치수로 성형하도록 포토리소그래피와 제1 에칭을 실시하는 것, 및 에칭된 나노구체 재료의 패턴을 기판에 전사하도록 제2 에칭을 실시하는 것을 포함한다. 이에 따라, 기판의 패턴은 포토리소그래피와 제1 에칭에 의해 달성된 나노구체 분포에 좌우된다. 나노구체 리소그래피법은 무작위적인 패턴화와 분배 제어 문제를 갖고 있는 것으로 관찰되었다. 또 다른 텍스쳐화 방법은 레이저 및/또는 기계적 스크라이빙(scribing)/기계 가공을 포함한다. 이들 방법이 보다 균일하고 제어 가능한 표면 패턴을 형성하기는 하지만, 이들 방법은 기판 손상 및/또는 기판의 격자 결함을 유발하는 것으로 관찰되었다. 이것은 전자-정공쌍의 재결합 및 감소된 광학적 변환 효율을 초래할 수 있다. 따라서, 기존의 텍스쳐화 방법이 일반적으로 그 의도된 목적에 적합하기는 하지만, 이 방법은 모든 면에서 완벽하게 만족스럽지는 않았다.
본 발명의 목적은 보다 균일하고 제어 가능한 표면 패턴을 형성하고, 이와 동시에 기판 손상 및/또는 기판의 격자 결함의 유발을 방지하는 향상된 광전지 또는 태양 전지의 텍스쳐화 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 개시물은 다수의 상이한 실시예를 제공한다. 본 발명의 실시예의 보다 폭넓은 양태들 중 하나의 양태에 따르면, 본 발명의 방법은, 광전지 기판을 마련하는 것; 및 광전기 기판의 표면을 텍스쳐라이징(texturizing)하는 것을 포함한다. 표면을 텍스쳐라이징하는 것은, 광전지 기판의 표면의 일부분을 노출시키도록 나노임프린트 리소그래피 공정을 실시하는 것, 및 광전지 기판의 표면의 노출된 부분에 에칭 공정을 실시하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예의 보다 폭넓은 양태들 중 다른 양태에 따르면, 본 발명의 방법은, 광전지 기판을 마련하는 것; 광전지 기판 위에 레지스트층을 형성하는 것; 두께 콘트라스트(thickness contrast)를 갖는 패턴화된 레지스트층을 형성하도록, 레지스트층에 설계 가능한 패턴 피쳐(feature)를 갖는 몰드를 가압하는 것; 및 광전지 기판에 텍스쳐화된 표면을 형성하도록 패턴화된 레지스트층을 마스크로서 사용하여 광전지 기판을 에칭하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예의 보다 폭넓은 양태들 중 또 다른 양태는 소정 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 태양 전지 기판을 마련하는 것; 태양 전지 기판 위에 쉴드층을 형성하는 것; 예정된 패턴 피쳐를 갖는 몰드를 마련하는 것; 몰드의 예정된 패턴 피쳐를 갖도록 쉴드층을 임프린트하는 것; 태양 전지 기판에 복수 개의 트렌치(trench)를 형성하도록, 예정된 패턴을 쉴드층에서 기판으로 전사하는 것; 및 태양 전지 기판으로부터 쉴드층을 제거하는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 보다 균일하고 제어 가능한 표면 패턴을 형성하고, 이와 동시에 기판 손상 및/또는 기판의 격자 결함의 유발을 방지하는 향상된 광전지 또는 태양 전지의 텍스쳐화 방법이 제공된다.
본 개시물은 첨부 도면을 참고하여 아래의 상세한 설명을 읽을 때 가장 잘 이해된다. 업계에서의 일반적인 실무에 따르면, 다양한 특징부들은 축척에 맞게 도시되지 않으며 단지 예시를 목적으로 사용된다는 점이 강조된다. 사실상, 다양한 특징부들의 치수는 명확한 설명을 위해 임의로 증대되거나 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시물의 다양한 양태에 따른 광전지 소자를 제조하는 방법에 관한 실시예의 흐름도.
도 2 내지 도 7은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자의 실시예의 개략적인 측부 단면도.
도 8 내지 도 13은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자의 다른 실시예의 개략적인 측부 단면도.
도 14a 내지 도 14d는 도 13의 광전지 소자의 다양한 실시예의 사시도.
도 1은 본 개시물의 다양한 양태에 따른 광전지 소자를 제조하는 방법에 관한 실시예의 흐름도.
도 2 내지 도 7은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자의 실시예의 개략적인 측부 단면도.
도 8 내지 도 13은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자의 다른 실시예의 개략적인 측부 단면도.
도 14a 내지 도 14d는 도 13의 광전지 소자의 다양한 실시예의 사시도.
아래의 개시물은 본 발명의 상이한 특징을 구현하기 위한 다수의 상이한 실시예 또는 예를 제시한다. 구성 요소 및 구성의 특정예는 본 개시물을 간단히 하기 위해 아래에서 설명된다. 이들은 단지 예일뿐, 제한의 의또는 없음은 물론이다. 예컨대, 후속하는 설명에서 제2 특징부 위에 또는 제2 특징부 상에 제1 특징부를 형성하는 것은, 제1 특징부와 제2 특징부가 직접 접촉하도록 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 또한 추가의 특징부가 제1 특징부와 제2 특징부 사이에 형성될 수 있고, 이에 따라 제1 특징부와 제2 특징부가 직접 접촉할 수 없는 실시예를 포함할 수도 있다. 추가로, 본 개시물은 다양한 예에서 도면 부호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간략화와 명확성을 목적으로 하는 것이며, 그 자체가 설명되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 간의 관계를 나타내는 것은 아니다.
도 1은 광전지 소자를 제조하는 방법(100)에 관한 실시예의 흐름도이다. 아래에서 더 설명하겠지만, 상기 방법(100)은 광전지 소자를 위한 텍스쳐화된 표면을 마련하고 광학 격자 구조(optical grating structure)를 갖는 광전지 소자를 마련하는 데 활용된다. 상기 방법(100)은, 반도체 기판이 마련되는 블럭(102)에서 시작된다. 블럭(104)에서, 나노임프린트 리소그래피 및 에칭 공정을 활용하여 반도체 기판에 텍스쳐화된 표면이 형성된다. 나노임프린트 리소그래피는 열 나노임프린팅 리소그래피 기법(열가소성 및 열경화성 임프린팅을 포함함), 직접 임프린팅 기법(엠보싱이라고도 함), UV 나노임프린팅 리소그래피(UV-NIL) 기법(UV 경화성 나노임프린팅이라고도 함) 또는 이들의 조합을 활용한다. 대안으로서, 나노임프린팅 리소그래피는, 향후에 개발될 NIL 리소그래피 기법들 및 이들의 조함을 포함하는, 당업계에 알려져 있는 것과 같은 나노임프린팅 리소그래피(NIL) 기법을 활용한다. NIL 공정은 진공 환경, 공기 환경, 또는 다른 적절한 환경에서 실시된다. NIL 공정은 또한 다양한 정렬 기법을 활용한다. 에칭 공정은 건식 에칭 공정, 습식 에칭 공정, 다른 적절한 에칭 공정 또는 이들의 조합이다. 상기 방법(100) 전에, 상기 방법(100) 동안에, 그리고 상기 방법(100) 이후에 추가의 단계들이 제공될 수 있으며, 설명된 단계들 중 일부는 상기 방법(100)의 다른 실시예를 위해 교환 또는 제거될 수 있다. 후속하는 설명은, 도 1의 방법(100)에 따라 제조 가능한 광전지 소자의 다양한 실시예를 예시한다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자(200)(태양 전지라고도 함)의 실시예의 일부 또는 전체의 개략적인 측부 단면도이다. 도 2 내지 도 7은 본 개시물에 관한 본 발명의 개념을 보다 잘 이해하기 위해, 명확성을 기하도록 단순화되었다. 광전지 소자(200)에는 추가의 특징부가 추가될 수 있으며, 아래에서 설명되는 특징부들 중 일부는 광전지 소자(200)의 다른 실시예를 위해 교환 또는 제거될 수 있다.
도 2에서, 기판(210)이 마련된다. 기판(210)은 실리콘을 포함하는 반도체 기판이다. 실리콘은 단결정 실리콘, 복수결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 이루어진다. 기판(210)은 임의의 적절한 결정학적 방위[예컨대, (100), (110), 또는 (111) 결정학적 방위]로 이루어진다. 도시된 실시예에서, 반도체 기판(210)은 p-도핑된 기판이다. 대안으로서, 반도체 기판(210)은 n-도핑된 기판일 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 기판(210)은 게르마늄과 같은 다른 원소 반도체; 탄화규소, 갈륨비소, 인화갈륨, 인화인듐, 인듐비소 및/또는 안티몬화 인듐을 포함하는 화합물 반도체; SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, 및/또는 GaInAsP를 포함하는 합금 반도체; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참고하면, 나노임프린트 기법 및 에칭 공정이 구현되어, 기판(210)의 표면(212)을 텍스쳐라이징하고, 이에 의해 기판(210)에 텍스쳐화된 표면(212A)을 형성한다. 도 2에서는, 스핀 코팅, 플랫 스크러빙(flat scrubbing) 또는 다른 적절한 공정에 의해 기판(210) 위에 재료층(220)(중간층 또는 쉴드층이라고도 함)이 형성된다. 재료층(220)을 형성하기 이전에, 기판(210)의 표면(212)으로부터 오염물을 제거하기 위해, RCA 클린과 같은 클리닝 공정이 실시될 수 있다. 재료층(220)은 레지스트층이다. 레지스트층은, PMMA (PolyMethylMethAcrylate) 또는 PS(PolyStyrene)와 같은 호모폴리머 레지스트; 열가소성 레지스트; UV 경화성 레지스트; PDMS[Poly(DiMethyl Siloxane)]-유기 블럭 또는 그래프트 코폴리머(graft copolymer)와 같은 실론산 코폴리머를 포함하는 레지스트 재료; 열경화성 액체 레지스트; 실온 나노임프린팅을 위한 UV 경화성 액체 레지스트; 당업계에 알려져 있는 다른 적절한 레지스트 재료; 향후 개발되는 레지스트 재료; 또는 이들의 조합이다. 재료층(220)은 다층 구조로 이루어질 수 있다. 재료층(220)은 적절한 두께, 예컨대 약 수백 옹스트롬(Å) 내지 수 마이크로미터(㎛)이다. 도시된 실시예에서, 재료층(220)은 두께가 약 1,000(Å) 내지 약 1 ㎛이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 몰드(230)가 재료층(220) 내로 가압되고, 제거되며, 이에 의해 재료층(220)에 예정된 패턴이 임프린팅된다. 몰드(230)는 예정된 패턴을 형성하는 돌출 피쳐(231)와 개구(232)(공동이라고도 함)를 포함한다. 예정된 패턴은 설계 가능하며, 이에 따라 돌출 피쳐(231)와 공동(232)은 소망하는 특정 패턴 또는 피쳐에 따라 다양한 형상 및 디자인으로 이루어질 수 있다. 도시된 실시예에서, 몰드(230)는 실리콘으로 이루어진다. 대안으로서, 몰드(230)는 석영(SiO2), SiC, 질화규소, 금속, 사파이어, 다이아몬드, 수지, 당업계에 알려져 있는 다른 적절한 몰드 재료, 향후에 개발될 몰드 재료 또는 이들의 조합으로 이루어진다 일례에서, 몰드(230)는 예정된 패턴을 형성하는, 크롬(Cr)과 같은 패턴화된 금속층을 갖는 석영으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 몰드(230)는 예정된 패턴을 형성하는, 패턴화된 MoSi층을 갖는 석영으로 이루어질 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 몰드(230)는 적절한 온도 및 압력으로 재료층(220)(도 3 및 도 4) 내로 가압되고, 이에 따라 재료층에 두께 콘트라스트가 형성된다. 보다 구체적으로는, 돌출 피쳐(231) 아래의 재료층(220)이 변위되고 몰드(230)의 공동(232)으로 이동되기 때문에, 몰드(230)의 예정된 패턴이 재료층(220)에 전사된다(도 5). 온도 및 압력은 몰드(230)와 재료층(220)의 특성에 기초하여 선택되고, 임프린팅은 진공 또는 공기중에서 실시된다. 재료층(220)은, 이 재료층(220)이 굳어서 그 변위된 형상을 취하도록 경화되고 세팅된다. 이것은, 몰드(230)가 제거될 때, 재료층(220)의 변위에 의해 형성된 공간으로 재료층(220)이 다시 흘러들어가지 않도록 하는 것을 보장한다. 예컨대, 재료층(220)이 열적 레지스트일 경우, 온도는 재료층의 유리 천이 온도보다 높게 상승될 수 있고, 이에 따라 재료층(220)은 액상으로 변하여 변위되고, 몰드(230)의 공동(232)으로 이동된다. 재료층(220)이 몰드(230)의 패턴을 따르면, 온도는 재료층의 유리 천이 온도 아래로 하강되어 재료층(220)을 고화시킬 수 있다. 다른 예에서, 재료층(220)이 열경화성 또는 UV 경화성 재료일 경우, 재료층(220)은 초기에 액체 상태일 수 있고, 이에 따라 몰드(230)가 재료층(220) 내로 가압될 때 몰드(230)를 따르며, 그 후 열경화, UV 경화 또는 이들의 조합에 의해 경화될 때 고화된다. 다른 경화 또는 세팅 공정이 사용될 수 있다.
몰드(230)가 제거될 때, 도 5에 예시된 바와 같이 패턴화된 재료층(220A)이 남게 된다. 도시된 실시예에서, 패턴화된 재료층(220A)은 기판(210)의 일부, 구체적으로는 기판(210)의 표면(212)의 일부를 노출시키는 개구(234)를 포함한다. 패턴화된 재료층(220A)은 (에칭 공정과 같은) 후속 공정으로부터 기판(212)의 다른 부분을 보호한다. 재료층(220)의 얇은 잔류층이 기판(210)의 노출된 부분 위에 남아 있을 수 있다.
도 6에서는, 기판(210)에 에칭 공정(240)이 실시된다. 특히, 에칭 공정(240)은 기판(210)의 노출된 부분, 즉 표면(212)의 일부에 적용된다. 도시된 실시예에서, 에칭 공정(240)은 습식 에칭 공정이다. 습식 에칭 공정은 염기성 용액 또는 산성 용액을 활용한다. 예시적인 염기성 에칭 용액으로는 KOH(수산화칼슘), IPA(이소프로필 알코올) 또는 이들의 조합이 있다. 예시적인 산성 에칭 용액으로는 HNO3(질산), HF(불화수소산) 또는 이들의 조합이 있다. 대안으로서, 염기성 또는 산성 에칭 용액은 향후에 개발될 염기성 또는 산성 에칭 용액을 포함하는, 당업계에 알려져 있는 다른 에칭 용액을 포함한다. 또한 변형예에서, 조합된 건식 및 습식 에칭 공정이 구현될 수 있다. 재료층(220)의 잔류층이 기판(210)의 노출된 부분 위에 남아 있는 상태에서, 에칭 공정(240)은 잔류층도 또한 제거할 수도 있고, 반응성 이온 에칭(RIE) 공정과 같은 건식 에칭 공정은 에칭 공정(240)을 실시하기 이전에 잔류층을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
에칭 공정(240)은 패턴화된 재료층(220A)의 패턴(또는 디자인)을 기판(210)[앞서 언급한 바와 같이 몰드(230)의 설계 가능한 예정된 패턴이 반영되어 있음]에 전사한다. 보다 구체적으로는, 에칭 공정(240)은 기판의 표면(212)에 개구(242)를 형성하고 이에 따라 텍스쳐화된 표면(212A)을 형성한다. 텍스쳐화된 표면(212A)은 이에 따라 테이퍼진 면(244)에 의해 한정되는 개구(242)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 개구(242)는 2개 이상의 테이퍼진 면(244)에 의해 한정되어 v자형 개구를 형성한다. 대안으로서, 다른 형상의 개구도 고려된다. 또한, 각각의 개구(242)는 동일한 형상 또는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 패턴화된 재료층(220A)은 이어서 도 7에 예시한 바와 같이, 박리 공정과 같은 적절한 공정에 의해 제거된다. 도시된 실시예에서, 패턴화된 재료층(220A)은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 포함하는 용액에 의해 제거된다. 대안으로서, 향후에 개발될 용액을 포함하여, 당업계에 알려져 있는 다른 용액을 사용하여 패턴화된 재료층(220A)이 제거된다.
광전지 소자(200)의 텍스쳐화된 표면(212A)은 이에 따라 다수의 트렌치(242)와 테이퍼진 면(244)을 갖는다. 전술한 나노임프린트 리소그래피와 에칭 공정은 텍스쳐화된 표면(212A)을 달성하는데, 이 텍스쳐화된 표면(212A)은 종래의 광전지 소자에 비해 더 복잡하고 고도로 집중된 구조를 갖는다. 복잡하고 고도로 집중된 텍스쳐화된 표면(212A)은 텍스쳐화된 표면(212A) 내에서의 증가된 광의 포획을 용이하게 한다. 텍스쳐화된 표면(212A)에 입사되는 광의 포획을 증가시킴으로써, 광로의 길이가 길어지고, 광전지 소자(200)에 의해 광이 흡수될 가능성이 증가된다. 또한, 광로 길이를 증가시킴으로써 전자-정공쌍의 개수가 증가된다. 이에 따라, 텍스쳐화된 표면(212A)에 의해 달성되는 보다 긴 광로 길이와 증가된 광의 포획은, 에너지 변환 효율이 증가되고 광 포획 효과가 증가된 광전지 소자(200)를 제공한다. 또한, 나노임프린트 리소그래피를 사용함으로써, 예컨대 나노구체 리소그래피와 대조적으로 텍스쳐화된 표면(212A)에 대한 정확한 제어가 이루어진다. 보다 구체적으로, 패턴의 분포와 치수는 몰드(230)의 예정된 패턴에 의해 용이하게 제어될 수 있다. 그리고, (포토리소그래피 및/또는 나노구체 리소그래피와 같은) 다른 텍스쳐화 공정에 비해, 복잡하고 고도로 집중된 구조는, 광전지 소자(200)의 최적의 흡수 파장에 대해 이상적인 패턴을 달성하도록 설계 가능한, 예정된 패턴을 갖는 몰드(230)를 사용하여 용이하게 달성될 수 있다.
도 8 내지 도 13은 도 1의 방법에 따른 제조의 다양한 단계에 있어서의 광전지 소자(400)(태양 전지라고도 함)의 다른 실시예의 일부 또는 전체의 개략적인 측부 단면도이다. 도 8 내지 도 13은 본 개시물에 관한 본 발명의 개념을 보다 잘 이해하도록 하기 위해, 명확성을 기하도록 단순화되었다. 광전지 소자(400)에는 추가의 특징부가 추가될 수 있으며, 아래에서 설명되는 특징부들 중 일부는 광전지 소자(400)의 다른 실시예를 위해 교환 또는 제거될 수 있다.
도 8에서, 기판(410)이 마련된다. 기판(410)은 실리콘을 포함하는 반도체 기판이다. 실리콘은 단결정 실리콘, 복수결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 이루어진다. 기판(410)은 임의의 적절한 결정학적 방위[예컨대, (100), (110), 또는 (111) 결정학적 방위]로 이루어진다. 도시된 실시예에서, 반도체 기판(410)은 p-도핑된 기판이다. 대안으로서, 반도체 기판(410)은 n-도핑된 기판일 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 기판(410)은 게르마늄과 같은 다른 원소 반도체; 탄화규소, 갈륨비소, 인화갈륨, 인화인듐, 인듐비소 및/또는 안티몬화 인듐을 포함하는 화합물 반도체; SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, 및/또는 GaInAsP를 포함하는 합금 반도체; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 13을 참고하면, 나노임프린트 기법 및 에칭 공정이 구현되어, 기판(410)의 표면(412)을 텍스쳐라이징하고, 이에 의해 기판(410)에 텍스쳐화된 표면(412A)을 형성한다. 도 8에서는, 스핀 코팅, 플랫 스크러빙 또는 다른 적절한 공정에 의해 기판(410) 위에[구체적으로는, 기판(410)의 표면(412) 위에] 재료층(420)(중간층 또는 쉴드층이라고도 함)이 형성된다. 재료층(420)을 형성하기 이전에, 기판(410)의 표면(412)으로부터 오염물을 제거하기 위해, RCA 클린과 같은 클리닝 공정이 실시될 수 있다. 재료층(420)은 레지스트층이다. 레지스트층은, PMMA(PolyMethylMethAcrylate) 및 PS(PolyStyrene)와 같은 호모폴리머 레지스트; 열가소성 레지스트; UV 경화성 레지스트; PDMS[Poly(DiMethyl Siloxane)]-유기 블럭 또는 그래프트 코폴리머(graft copolymer)와 같은 실론산 코폴리머를 포함하는 레지스트 재료; 열경화성 액체 레지스트; 실온 나노임프린팅을 위한 UV 경화성 액체 레지스트; 당업계에 알려져 있는 다른 적절한 레지스트 재료; 향후 개발되는 레지스트 재료; 또는 이들의 조합이다. 재료층(420)은 다층 구조로 이루어질 수 있다. 재료층(420)은 적절한 두께, 예컨대 약 수백 옹스트롬(Å) 내지 수 마이크로미터(㎛)이다. 도시된 실시예에서, 재료층(420)은 두께가 약 1,000(Å) 내지 약 1 ㎛이다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 몰드(430)가 재료층(420) 내로 가압되고, 제거되며, 이에 의해 재료층(420)에 예정된 패턴이 임프린팅된다. 몰드(430)는 예정된 패턴을 형성하는 돌출 피쳐(431)와 개구(432)(공동이라고도 함)를 포함한다. 예정된 패턴은 설계 가능하며, 이에 따라 돌출 피쳐(431)와 개구(432)는 소망하는 특정 패턴 또는 피쳐에 따라 다양한 형상 및 디자인으로 이루어질 수 있다. 도시된 실시예에서, 돌출 피쳐(431)와 개구(432)는 소망하는 피치를 갖는 광학 격자 구조를 형성하도록 설계된다. 몰드(430)는 실리콘, 석영(SiO2), SiC, 질화규소, 금속, 사파이어, 다이아몬드, 수지, 당업계에 알려져 있는 다른 적절한 몰드 재료, 향후에 개발될 몰드 재료 또는 이들의 조합으로 이루어진다 일례에서, 몰드(430)는 예정된 패턴을 형성하는, 크롬(Cr)과 같은 패턴화된 금속층을 갖는 석영으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 몰드(230)는 예정된 패턴을 형성하는, 패턴화된 MoSi층을 갖는 석영으로 이루어질 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 몰드(430)는 적절한 온도 및 압력으로 재료층(420)(도 9 및 도 10) 내로 가압되고, 이에 따라 재료층(420)에 두께 콘트라스트가 형성된다. 보다 구체적으로는, 돌출 피쳐(431) 아래의 재료층(420)이 변위되고 몰드(430)의 공동(432)으로 이동되기 때문에, 몰드(430)의 예정된 패턴이 재료층(420)에 전사된다(도 11). 온도 및 압력은 몰드(430)와 재료층(420)의 특성에 기초하여 선택되고, 임프린팅은 진공 또는 공기중에서 실시된다. 재료층(420)은, 이 재료층(420)이 굳어서 그 변위된 형상을 취하도록 경화되고 세팅된다. 이것은, 몰드(430)가 제거될 때, 재료층(420)의 변위에 의해 형성된 공간으로 재료층(420)이 다시 흘러들어가지 않도록 하는 것을 보장한다. 예컨대, 재료층(420)이 열적 레지스트일 경우, 온도는 재료층의 유리 천이 온도보다 높게 상승될 수 있고, 이에 따라 재료층(420)은 액상으로 변하여 변위되고, 몰드(430)의 공동(432)으로 이동된다. 재료층(420)이 몰드(430)의 패턴을 따르면, 온도는 재료층의 유리 천이 온도 아래로 하강되어 재료층(420)을 고화시킬 수 있다. 다른 예에서, 재료층(420)이 열경화성 또는 UV 경화성 재료일 경우, 재료층(420)은 초기에 액체 상태일 수 있고, 이에 따라 몰드(430)가 재료층(420) 내로 가압될 때 몰드(430)를 따르며, 그 후 열경화, UV 경화 또는 이들의 조합에 의해 경화될 때 고화된다. 다른 경화 또는 세팅 공정이 사용될 수 있다.
몰드(430)가 제거될 때, 도 11에 예시된 바와 같이 패턴화된 재료층(420A)이 남게 된다. 도시된 실시예에서, 패턴화된 재료층(420A)은 기판(410)의 일부, 구체적으로는 기판(410)의 표면(412)의 일부를 노출시키는 개구(434)를 포함한다. 패턴화된 재료층(420A)은 (에칭 공정과 같은) 후속 공정으로부터 기판(212)의 다른 부분을 보호한다. 재료층(420)의 얇은 잔류층이 기판(410)의 노출된 부분 위에 남아 있을 수 있다.
도 12에서는, 기판(410)에 대한 에칭 공정(440)이 실시된다. 특히, 에칭 공정(440)은 기판(410)의 노출된 부분, 즉 표면(412)의 일부에 적용된다. 도시된 실시예에서, 에칭 공정(440)은 건식 에칭 공정이다. 건식 에칭 공정은 이방성 에칭을 제공하고, 이에 따라 기판(410)에서의 에칭 프로파일이 제어될 수 있다. 예시적인 에칭 공정은 SF6, CF4, Cl2, 또는 이들의 조합을 활용하는 플라즈마 에칭 공정이다. 대안으로서, 향후에 개발될 건식 에칭 공정을 포함하여, 당업계에 알려져 있는 다른 건식 에칭 공정이 활용된다. 또한 변형예에서, 조합된 건식 및 습식 에칭 공정이 구현될 수 있다. 재료층(420)의 잔류층이 기판(410)의 노출된 부분 위에 남아 있는 상태에서, 에칭 공정(440)은 이 잔류층도 또한 제거할 수도 있고, 반응성 이온 에칭(RIE) 공정과 같은 건식 에칭 공정은 에칭 공정(440)을 실시하기 이전에 잔류층을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
에칭 프로세스(440)는 패턴화된 재료층(420A)의 패턴(또는 디자인)을 기판(410)[앞서 언급한 바와 같이 몰드(430)의 설계 가능한 예정된 패턴이 반영되어 있음]에 전사한다. 보다 구체적으로는, 에칭 공정(440)은 기판의 표면(412)에 개구(442)와 포스트(443)을 형성하고, 이에 따라 텍스쳐화된 표면(412A)을 형성한다. 개구(442)는 몇몇 실시예에서는 대안으로서 갭이라고 일컬어질 수 있다. 도시된 실시예에서, 개구(442)는 포스트(443)들 사이에 형성된다. 대안으로서, 다른 형상의 개구(442) 및/또는 포스트(443)가 텍스쳐화된 표면(412A)에 형성된다. 또한, 각각의 개구(442) 및/또는 포스트(443)는 동일한 형상 또는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 패턴화된 재료층(420A)은 이어서 도 13에 예시한 바와 같이, 박리 공정과 같은 적절한 공정에 의해 제거된다. 도시된 실시예에서, 패턴화된 재료층(420A)은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 포함하는 용액에 의해 제거된다. 대안으로서, 향후에 개발될 용액을 포함하여, 당업계에 알려져 있는 다른 용액을 사용하여 패턴화된 재료층(420A)이 제거된다.
도 14a 내지 도 14d는 도 13의 광전지 소자의 다양한 실시예의 사시도이다. 도 13에 제시된 도시된 실시예에서, 기판(410)의 표면에 있는 개구(442)는 광학 격자 구조와 같은 주기적인 구조를 갖는 텍스쳐화된 표면(412A)을 제공한다. 주기적인 구조는 다양한 디자인을 가질 수 있다. 예컨대, 광전지 소자(400)는, 주기적인 구조 400A, 주기적인 구조 400B, 주기적인 구조 400C, 주기적인 구조 400D, 이들의 변형 또는 이들의 조합과 같은 도 14a 내지 도 14d에 예시된 주기적인 구조를 나타낼 수 있다. 주기적인 구조(400A, 400B, 400C, 400D)는 갭/개구(442) 및 리지/포스트(443)를 포함한다. 주기적인 구조(400A)는 주기적으로 교호하는 갭/개구(442)와 리지(443)를 포함한다. 주기적인 구조(400B)는, 다양한 갭/개구(442)가 그 사이에 배치되어 교호하는, 상이한 치수를 갖는 리지/포스트(443)를 포함한다. 주기적인 구조(400C)는 주기적인 구조(400A)의 갭/개구(442) 및 리지/포스트(443)와 상이한 치수를 갖는, 주기적으로 교호하는 갭/개구(442) 및 리지/포스트(443)를 포함한다. 주기적인 구조(400D)는 주기적으로 교호하는 갭/개구(442) 및 리지/포스트(443)를 포함하며, 이때 각각의 열의 리지/포스트(443)는 인접한 열의 리지/포스트(443)로부터 리지/포스트(443)의 폭만큼 오프셋되어 있다.
주기적인 구조의 피치 및 패턴 치수는 광전지 소자(400)의 최적 흡착 파장에 기초하여 선택된다. 몰드의 설계 가능한 패턴 피쳐는 이에 따라 주기적인 구조의 소망하는 피치 및 패턴 치수를 달성하도록 선택된다. 도시된 실시예에서, 피치는 약 0.4 ㎛ 내지 0.8 ㎛이고, 듀티비(duty ratio)는 1 : 1이다. 박막 태양 전지의 경우, 피치는 약 0.2 ㎛ 내지 약 1 ㎛이다. 광전지 소자의 주기적인 구조는 증가된 광 포획 효과를 나타낸다. 증가된 광 포획 효과는 긴 광로 길이를 제공하며, 이는 광전지 소자 내에 생성되는 전자-정공쌍의 개수를 증가시킨다. 종래의 광전지 소자에 비해, 개시된 나노임프린팅 리소그래피 및 건식 에칭 공정에 의해 달성되는 광전지 소자의 텍스쳐화된 표면은, 에너지 변환 효율이 증가되고 광 포획 효과가 증가된 광전지 소자(400)를 제공한다. 또한 앞서 언급한 바와 같이, 나노임프린트 리소그래피를 사용함으로써, 텍스쳐화된 표면(412A)의 패턴에 대한 정확한 제어가 이루어지는데, 그 이유는 패턴의 분포 및 치수가 몰드(430)의 예정된 패턴에 의해 용이하게 제어될 수 있기 때문이다.
전술한 설명은 설계 가능한 광전지 표면 텍스쳐화를 허용하는 광전지 텍스쳐화 방법을 개시한다. 나노임프린팅 리소그래피를 텍스쳐화 공정으로 구현함으로써, 광전지 표면의 텍스쳐화된 표면이 개선되어, 광학적 변환 효율이 증가되는 것으로 확인되었다. 예컨대, 설계 가능한 표면 텍스쳐화는, 광 포획 효과가 향상되고 광로 길이가 더 긴 텍스쳐화된 표면을 제공한다. 설계 가능한 표면 텍스쳐화는 또한 광전지를 위한 광학 격자 구조를 달성하는 방식을 제공한다. 개시된 광전지 텍스쳐화 방법은 또한 저비용으로 높은 처리량을 제공한다. 예컨대, 나노임프린팅 리소그래피를 텍스쳐화 방법으로 구현하는 것은, 종종 고가이고 시간 소모적인 포토리소그래피 공정에 대한 필요성을 제거한다. 이에 따라, 나노임프린팅 리소그래피는, 광전지 제조에서 포토리소그래피 방법을 이용해야만 하는 일 없이 포토리소그래피 특징을 달성하는 방법을 제공한다. 상이한 실시예는 상이한 장점을 가질 수 있고, 특정 장점이 임의의 하나의 실시예를 반드시 필요로 하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
전술한 설명은 당업자가 본 개시물의 양태를 보다 양호하게 이해할 수 있도록 다수의 실시예의 특징을 개술한다. 당업자는, 동일한 목적을 실시하기 위한 다른 방법 또는 구조를 설계하거나 수정하고 및/또는 본 명세서에서 소개된 실시예의 동일한 장점을 얻기 위한 근간으로서 본 개시물을 용이하게 사용할 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 당업자는 또한, 그러한 등가의 구성은 본 개시물의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 당업자라면 본 개시물의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 변형, 대체 및 변경을 실시할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
210, 410 : 기판
212, 412 : 기판 표면
212A, 412A : 텍스쳐화된 기판 표면
220, 420 : 재료층
230, 430 : 몰드
212, 412 : 기판 표면
212A, 412A : 텍스쳐화된 기판 표면
220, 420 : 재료층
230, 430 : 몰드
Claims (10)
- 광전지 기판을 마련하는 것; 및
광전지 기판의 표면을 텍스쳐라이징(texturizing)하는 것
을 포함하고,
상기 광전지 기판의 표면을 텍스쳐라이징하는 것은,
광전지 기판의 표면의 일부를 노출시키도록 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 공정을 실시하되, 상기 광전지 기판 위에 레지스트층을 형성하는 것과, 돌출 피쳐와 공동을 갖는 예정된 패턴을 포함하는 몰드를 마련하는 것과, 상기 레지스트층에 상기 몰드를 가압하여 상기 몰드의 돌출 피쳐 아래에 있는 레지스트층이 변위되고 몰드의 공동으로 이동되어 상기 레지스트층에 상기 예정된 패턴을 전사하는 것을 포함하는 나노임프린트 리소그래피 공정을 실시하는 것과,
상기 레지스트층을 경화하는 것과,
상기 레지스트층으로부터 상기 몰드를 제거하여 상기 몰드의 돌출 피쳐에 의해 상기 레지스트층에 개구가 형성되고, 그에 따라 상기 광전지 기판의 표면의 일부가 상기 개구를 통해 노출되도록 하는 것과,
상기 광전지 기판의 표면의 노출된 부분을 에칭하는 것을 포함하는 것인 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 에칭은 습식 에칭과 건식 에칭 중 어느 하나 또는 이들 양자를 실시하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 광전지 기판의 표면을 텍스쳐라이징하는 것은, 포토리소그래피 공정을 실시하지 않고, 나노임프린트 리소그래피 공정과 에칭 공정을 실시하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 광전지 기판의 표면 일부분을 텍스쳐라이징하는 방법으로서,
상기 광전지 기판 위에 레지스트층을 형성하는 것;
상기 레지스트층에 설계 가능한 패턴 피쳐(feature)를 갖는 몰드를 가압하여 두께 콘트라스트(thickness contrast)를 갖는 패턴화된 레지스트층을 형성하는 것;
상기 패턴화된 레지스트층을 경화하는 것;
상기 패턴화된 레지스트층으로부터 몰드를 제거하되, 상기 몰드를 제거했을 때 상기 패턴화된 레지스트층이 상기 광전지 기판의 표면의 일부분을 노출시키도록 상기 몰드를 제거하는 것; 및
상기 패턴화된 레지스트층을 마스크로서 이용하여 상기 광전지 기판의 노출된 일부분을 에칭하는 것
을 포함하는 광전지 기판의 표면 일부분을 텍스쳐라이징하는 방법. - 제5항에 있어서, 상기 설계 가능한 패턴 피쳐는 격자 피쳐를 포함하고, 광전지 기판의 텍스쳐화된 표면은 광학 격자 구조(optical grating structure)를 포함하는 것인 광전지 기판의 표면 일부분을 텍스쳐라이징하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 설계 가능한 패턴 피쳐는 주기적인 구조를 포함하고, 이 주기적인 구조는 주기적인 포스트 구조, 주기적인 갭 구조, 또는 주기적인 포스트 및 갭 구조인 것인 광전지 기판의 표면 일부분을 텍스쳐라이징하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 광전지의 기판을 에칭하는 것은 습식 에칭과 건식 에칭 중 어느 하나 또는 이들 양자를 실시하는 것을 포함하는 것인 광전지 기판의 표면 일부분을 텍스쳐라이징하는 방법.
- 태양 전지 기판을 마련하는 것;
상기 태양 전지 기판 위에 쉴드층을 형성하는 것;
예정된 패턴 피쳐를 갖는 몰드를 마련하는 것;
상기 몰드의 예정된 패턴 피쳐를 이용하여 쉴드층을 임프린팅하는 것;
상기 쉴드층을 경화하는 것;
상기 쉴드층으로부터 상기 몰드를 제거하되, 상기 예정된 패턴 피쳐가 임프린팅된 쉴드층의 부분이 상기 태양 전지 기판의 일부분을 노출시키도록 상기 몰드를 제거하는 것,
상기 태양 전지 기판에 복수 개의 트렌치(trench)를 형성하도록, 상기 태양 전지 기판의 노출된 일부분을 에칭하는 것; 및
상기 에칭 이후에 상기 태양 전지 기판으로부터 상기 쉴드층을 제거하는 것
을 포함하는 방법. - 제9항에 있어서, 상기 예정된 패턴 피쳐는 복수 개의 공동의 예정된 분포를 포함하는 것인 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/842,119 US20120021555A1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Photovoltaic cell texturization |
| US12/842,119 | 2010-07-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120010152A KR20120010152A (ko) | 2012-02-02 |
| KR101264535B1 true KR101264535B1 (ko) | 2013-05-14 |
Family
ID=45493966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110071072A KR101264535B1 (ko) | 2010-07-23 | 2011-07-18 | 광전지의 텍스쳐화 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120021555A1 (ko) |
| KR (1) | KR101264535B1 (ko) |
| CN (1) | CN102347395A (ko) |
| TW (1) | TW201205825A (ko) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8563351B2 (en) * | 2010-06-25 | 2013-10-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing photovoltaic device |
| CN103367477A (zh) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| CN103367525B (zh) * | 2012-03-30 | 2016-12-14 | 清华大学 | 太阳能电池的制备方法 |
| US20140150849A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Deutsche Cell Gmbh | Photovoltaic cell and method of production thereof |
| JP5563051B2 (ja) | 2012-12-13 | 2014-07-30 | Ａｚエレクトロニックマテリアルズマニュファクチャリング株式会社 | 上層膜形成用組成物およびそれを用いたレジストパターン形成方法 |
| KR101419526B1 (ko) * | 2012-12-17 | 2014-07-14 | (재)한국나노기술원 | 반도체 발광 다이오드 소자의 표면 요철 형성 방법 및 이에 의해 제조된 반도체 발광 다이오드 소자 |
| JP6157160B2 (ja) | 2013-03-15 | 2017-07-05 | アーゼッド・エレクトロニック・マテリアルズ（ルクセンブルグ）ソシエテ・ア・レスポンサビリテ・リミテ | 上層膜形成用組成物およびそれを用いたレジストパターン形成方法 |
| US10496743B2 (en) * | 2013-06-26 | 2019-12-03 | Nuance Communications, Inc. | Methods and apparatus for extracting facts from a medical text |
| US9804493B2 (en) | 2013-11-22 | 2017-10-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Composition for forming topcoat layer and resist pattern formation method employing the same |
| CN103985786A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-13 | 新奥光伏能源有限公司 | 一种透明导电氧化物薄膜的制绒方法 |
| CN103985770B (zh) * | 2014-05-20 | 2017-01-11 | 新奥光伏能源有限公司 | 一种硅异质结太阳能电池及其制作方法 |
| KR101918544B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2018-11-15 | 삼성에스디에스 주식회사 | 온톨로지를 이용한 전자 차트 제공 방법 및 그 장치 |
| KR101731497B1 (ko) | 2015-06-11 | 2017-04-28 | 한국과학기술연구원 | 반도체 기판의 텍스쳐링 방법, 이 방법에 의해 제조된 반도체 기판 및 이를 포함하는 태양전지 |
| CN105068167A (zh) * | 2015-08-12 | 2015-11-18 | 安徽华东光电技术研究所 | 光栅的制备方法 |
| KR101669947B1 (ko) | 2015-10-15 | 2016-10-27 | 한국생산기술연구원 | 저가형 패터닝 공정을 이용한 마이크로 구조를 갖는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지 |
| US10741705B2 (en) * | 2017-07-14 | 2020-08-11 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Optoelectronic device having an antireflective surface |
| KR101919487B1 (ko) | 2017-09-14 | 2018-11-19 | 한국과학기술연구원 | 반도체 기판을 텍스쳐링하는 방법과, 이 방법에 의해 제조된 반도체 기판, 그리고, 이러한 반도체 기판을 포함하는 태양 전지 |
| CN108417669B (zh) * | 2018-03-22 | 2020-05-19 | 西安交通大学 | 一种用于金刚线切割多晶硅片太阳能电池的制绒方法 |
| KR102307936B1 (ko) | 2019-11-29 | 2021-10-05 | 한국과학기술연구원 | 준 육각 나노 피라미드 구조로 텍스쳐링된 실리콘 웨이퍼 구조체와, 이를 제조하기 위한 방법, 및 이러한 실리콘 웨이퍼를 포함하는 태양전지 |
| KR102307791B1 (ko) | 2019-11-29 | 2021-10-05 | 한국과학기술연구원 | 준 무작위 나노구조로 실리콘 웨이퍼를 텍스쳐링하는 방법과, 이 방법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼, 및 이러한 실리콘 웨이퍼를 포함하는 태양 전지 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006302396A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Toshiba Corp | 磁気記録媒体の製造方法 |
| JP2009226856A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Hitachi Metals Ltd | 凹凸付き基板およびその製造方法ならびにパターン転写装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0059304B1 (en) * | 1978-07-18 | 1985-10-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | A method of manufacturing a curved diffraction grating structure |
| US4528260A (en) * | 1983-04-27 | 1985-07-09 | Rca Corporation | Method of fabricating lenticular arrays |
| JPH0580530A (ja) * | 1991-09-24 | 1993-04-02 | Hitachi Ltd | 薄膜パターン製造方法 |
| US6180239B1 (en) * | 1993-10-04 | 2001-01-30 | President And Fellows Of Harvard College | Microcontact printing on surfaces and derivative articles |
| US5772905A (en) * | 1995-11-15 | 1998-06-30 | Regents Of The University Of Minnesota | Nanoimprint lithography |
| JP2000022185A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-21 | Sharp Corp | 太陽電池セル及びその製造方法 |
| US20060108710A1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-05-25 | Molecular Imprints, Inc. | Method to reduce adhesion between a conformable region and a mold |
| JP5064078B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-10-31 | 株式会社日立産機システム | 微細パターン転写用金型およびそれを用いた樹脂製転写物の製造方法 |
| US9352543B2 (en) * | 2009-05-29 | 2016-05-31 | Vanderbilt University | Direct imprinting of porous substrates |
-
2010
- 2010-07-23 US US12/842,119 patent/US20120021555A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-01 TW TW099141651A patent/TW201205825A/zh unknown
- 2010-12-21 CN CN2010106027851A patent/CN102347395A/zh active Pending
-
2011
- 2011-07-18 KR KR1020110071072A patent/KR101264535B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006302396A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Toshiba Corp | 磁気記録媒体の製造方法 |
| JP2009226856A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Hitachi Metals Ltd | 凹凸付き基板およびその製造方法ならびにパターン転写装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102347395A (zh) | 2012-02-08 |
| KR20120010152A (ko) | 2012-02-02 |
| TW201205825A (en) | 2012-02-01 |
| US20120021555A1 (en) | 2012-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101264535B1 (ko) | 광전지의 텍스쳐화 방법 | |
| US9105782B2 (en) | Arrays of ultrathin silicon solar microcells | |
| US20070084505A1 (en) | Thin-film solar cells and photodetectors having enhanced optical absorption and radiation tolerance | |
| CN102299197B (zh) | 光伏装置及薄膜太阳能电池的制造方法 | |
| US9461198B2 (en) | Backside transparent substrate roughening for UV light emitting diode | |
| US10483415B2 (en) | Methods to introduce sub-micrometer, symmetry-breaking surface corrugation to silicon substrates to increase light trapping | |
| JP2010258456A (ja) | 周期構造を有するシリコン基板 | |
| TW201505959A (zh) | 奈米線結構的彩色濾光器陣列及該彩色濾光器陣列的製造方法 | |
| CN103094374B (zh) | 太阳能电池 | |
| Hauser et al. | Diffractive backside structures via nanoimprint lithography | |
| KR101312889B1 (ko) | 광전지의 제조방법 | |
| Altinoluk et al. | Light trapping by micro and nano-hole texturing of single-crystalline silicon solar cells | |
| KR100997927B1 (ko) | 태양전지 제조방법 및 이에 의해 제조되는 태양전지 | |
| Boden et al. | Nanostructured biomimetic moth-eye arrays in silicon by nanoimprint lithography | |
| Safdar et al. | Interplay between optical and electrical properties of nanostructured surfaces in crystalline silicon solar cells | |
| KR101652342B1 (ko) | 태양전지 표면의 택스처링 방법 | |
| Lu et al. | Transfer-printed photonic crystal nanobeam laser with unidirectional coupling to SiN x waveguide | |
| TWI459553B (zh) | 具有錐狀構造之微結構及其製作方法 | |
| Schmidt et al. | Nanopatterning of P3HT: PCBM for organic solar cell realization | |
| Liu et al. | Photonic nanostructures for advanced light trapping in thin crystalline-silicon solar cells | |
| KR101702991B1 (ko) | 3차원 주기성을 갖는 반도체 나노 월 구조의 제조방법 | |
| JP2009277979A (ja) | 基板の粗面化方法、光起電力装置およびその製造方法 | |
| Tucher et al. | Large-area honeycomb texturing of si-solar cells via nanoimprint lithography | |
| Rong et al. | Fabrication of micro-and nano-structures for antireflection by chemical etching method | |
| Papis et al. | Fabrication of GaSb microlenses by photo and e-beam lithography and dry etching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160425 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180426 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190424 Year of fee payment: 7 |